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乔-萨特的747战争   

2016-07-07 18:45:58|  分类: 历史的颜色 |  标签: |举报 |字号 订阅

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乔-萨特的747战争 - 司古 - 司古的博客
从前途无亮到前途无量
1965年8月,休假中的乔?萨特接到来自波音总部的电话,问他是否愿意离开波音737项目,牵头组织研制一款比波音707更大的喷气式飞机。波音公司之所以作出这样的决定,原因来自公司的老朋友泛美航空董事长胡安?特里普的压力,后者为满足大客流越洋航线需求,认定波音707的尺寸仍然太小。
乔?萨特被委以这样一个任务的主要原因,是当时他是称职且还有“档期”的唯一一人。许多比他资历更老的工程师当时都扎堆在波音2707超声速客机项目上,该项目是波音公司所有人都热切期盼能够加入的项目,更是波音公司高层认为前途无量的项目,在许多人眼里大型亚声速喷气式飞机不过是一个过渡方案。当乔?萨特孤身一人颇有些寒酸地去华盛顿与FAA讨论取证问题,遇上20人规模的波音2707项目汇报团时,那种反差可想而知。而后者更是向乔?萨特友善地提出:你在大飞机项目里干得很出色,我们会在超声速运输机项目里给你留一个位置的。
在波音747项目上马的同时,波音公司已经铺开了一个庞大而复杂的摊子:波音2707、波音737、波音727延长型,现在又加上波音747,还有波音承接的阿波罗计划所需的“土星”5号火箭第一级,波音有限的资源在应付如此众多浩大项目时显得捉襟见肘。为了得到支持项目进行下去的资源,乔?萨特必须挤破脑袋去争取,不管是人还是设备,甚至是风洞的优先使用权。连乔?萨特都自嘲地说,由于有超声速客机项目在前,很多时候波音747项目就像是后娘养的一样。尽管如此,他在关键时期振奋了团队的精神,他告诉他的团队成员,自己信任他们,看重他们的能力和学问,尽管摆在面前的是一个困难重重的大工程,但他相信他们能搞定。
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乔?萨特在波音747项目中的经历现在回顾起来似乎更像是一场战争,与技术、资源、人力、政治、误解等各种复杂问题的战争。

在《未了的传奇》一书中,乔?萨特丝毫不掩饰自己当初在波音747项目中遭遇的非技术性困境,“如果世界上还有哪一个项目从一开始看起来就注定要以失败告终的话,那一定是我们这个”。然而世事多变,当被寄予厚望的波音2707项目下马时,波音公司甚至无暇为血本无归的2亿美元资金心痛,就发现波音747项目上升为最有可能将公司从财务泥潭中拯救出来的“希望工程”。而无论是“后娘养的”还是“希望工程”,乔?萨特始终没有改变过自己对于该项目的态度,那就是努力解决和协调层出不穷的技术问题,同时不牺牲安全性和适航性。

双层而不是单层
起初波音747也是从双层客舱开始规划的。但随着工程师画出数百种双层客舱方案的草图,乔?萨特和他的团队发现,这一方案难以满足FAA规定的90秒全机乘客撤离规定。双层客舱设机会让飞机相对其重量显得较短,而相比机身的长度,机翼又显得过宽,在这种情况下上层客舱的充气滑梯难以绕开机翼,另一方面上层客舱离地面太远,当乘客发现自己必须从如此高大的滑梯逃生时,会吓得不知所措。
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在波音727项目中,乔?萨特的气动团队为其配备了前缘缝翼和后缘三开缝襟翼,保证了波音727可以使用中小型机场跑道。

最终乔?萨特和团队决定干脆先画出一个单层机身,用它来与双层设计进行对比,找出解决问题的办法。等到工程师画出那个可以并排放置10个经济舱座椅的双通道机身,人们发现载荷、逃生、载客量和航程等几乎所有的问题都得到了解决。
为了让波音747货运型能流畅地装载货物,乔?萨特和他的设计团队决定将驾驶舱置于主舱上方,并在驾驶舱后部设计了一个整流罩,这样机首大型铰接舱门就能向侧面完全打开,这也是波音747著名的“鹅头”或“驼峰”外形的由来。
为了说服一直在心里将超大型越洋客机和双层客舱二者划等号的泛美航空,特别是难以打交道的胡安?特里普,告知后者真正能解决他们需求的是单层宽体设计,波音公司专门派出颇受航空公司信任的内饰专家米尔特去通知泛美这个“坏消息”。当后者用一根20英尺长的晾衣绳形象地展示波音747巨大的客舱宽度后,泛美的愤怒和质疑被暂时平息了。等到胡安?特里普率领泛美代表团亲自登上波音公司专门建造的双层和单层客舱演示模型时,他们才意识到是波音公司在真正为他们本不明确的需求操心——双层客舱上层舱地板距离地面高达25英尺,足以令任何救援逃生行动变得艰难,而相比之下宽敞有如一间会客厅那样的单层舱室让人们真切地回归了现代意义上的舒适。

安全,安全,还是安全
在选定37.5度的机翼后掠角和早已在波音707上得到验证的翼吊4发布局后,技术团队决定为波音747采用4组主起落架,每组4个机轮的方案,加上机首处的双轮前起落架,波音747总共拥有18个机轮,从而有效地分散了飞机重量,使其可以与其他能轻小的喷气式飞机使用相同的混凝土跑道,保证了飞机的适用性。4个主起落架的安装位置也颇费周折,最终两个靠前的主起落架安装在机翼下方,而另两个主起落架则安装在机身下方,所有4个主起落架都收纳在飞机腹部一个紧凑的空间内。这样设计的结果是,机轮爆胎不会影响到发动机的运转,如果发生故障或碰撞事故,受损的起落架立柱甩离飞机时不会伤及机翼的后翼梁或是刺穿飞机的油箱。
波音707的标称巡航速度为马赫数0.82,也就是相当于声速的82%(声速的高低取决于当地的空气密度和飞行高度)。这一速度是基于波音在B-47和B-52项目中获得的实践经验实现的。由于担心跨声速飞行引发的抖振等现象,道格拉斯在设计其第一款喷气式飞机DC-8时,就只选择了较低的巡航速度,未能提升到波音707的水平。在波音747项目中,乔?萨特的团队充分理解泛美航空迫切希望飞机能尽可能快的需求,为了满足这一要求,技术人员们在机翼设计上下了大功夫,他们摒弃了曾在B-47、B-52以及Dash 80上成功实施过的35度后掠角方案,决心采用更大的后掠角。通过充分的风洞试验,技术团队决定采用37.5度后掠角,而这将使飞机的巡航速度达到马赫数0.85。实际上技术团队在实验中发现40度后掠角将有望使巡航速度提高到马赫数0.88,但为确保充足的技术安全裕度,最终选择了更为成熟的马赫数0.85方案。
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波音737项目开始时,人们也试图将发动机置于飞机尾部,但乔?萨特最终还是主张翼吊方式,并使用短悬架使发动机紧贴机翼,解决了离地高度问题,保证了发动机性能。

乔?萨特在波音747项目中重点关注了安全余度。他们在波音747上设置了4套相互分离且独立的液压系统。而在当时,客机的液压系统多采用双余度设计,即配备两套液压系统,一个供正常使用,另一个备用。但波音747拥有如此巨大的外形,在控制装置失效的情况下,人力根本无法操纵控制面,所以这种飞机也将是世界上第一架完全依赖于液压作动器的飞机。除了4套液压系统加上4个主起落架立柱,波音747开发人员还将飞机升降舵分成内侧和外侧两段,副翼也分为内外两段,方向舵同样是上下两段。波音747每侧机翼上都安装有多片扰流板,用于横向控制和减速作用,每侧扰流板都由几个液压系统驱动,这样当其中一些扰流板发生故障时,其他扰流板仍能发挥作用。通过使用不同的液压系统驱动不同的控制面的做法,技术人员将部分液压系统遭受损伤、故障或失效时导致飞机完全失控的可能性降至最低。
在1971年7月30日泛美航空“美国快帆”号波音747-100事故中,充分的安全余度设计经受住了考验,也击溃了四余度设计纯属浪费的误解。当时这架飞机在旧金山国际机场撞上了跑道尽头的进近灯,机身下面撕开了一条口子,两个主起落架脱离机身,同时还切断了3个液压系统。机组人员在惊骇之余紧接着惊讶不已——他们发现在经历如此撞击之后,飞机竟然没有失控且还能在空中飞行,于是他们赶紧放掉燃油,借助剩余的两个主起落架安全迫降在一片草地上。当乘客紧急疏散时,飞机开始缓慢后倾,而机头则高耸在空中。

发动机之战
动力系统是飞机的心脏。在波音747项目开始时,波音公司邀请通用电气和普惠两家公司来参与波音747高涵道比涡轮风扇发动机竞标。通用电气提出通过改进C-5“银河”使用的发动机来满足波音747的要求,而普惠则提出根据其输掉的C-5发动机方案基本参数来重新设计一款新型发动机。分析表明,普惠的方案比GE更能满足波音747的要求。C-5“银河”的设计巡航速度只有马赫数0.7,而波音747是0.85,这意味着波音747必须拥有一款比GE推力更高的发动机。在传统上,最终用户在飞机动力的选择问题上拥有很大的话语权,有时甚至是决定性的。更麻烦的是,泛美航空公司董事会中有一位董事就同时任职于GE董事会,在他的影响下,泛美公司董事会倾向于使用GE发动机,而波音公司一些打算讨好泛美的非技术人员也倾向于如此选择。关键时刻,乔?萨特顶住了巨大的内外压力,坚定地支持普惠方案,并最终成功使得普惠发动机装上了波音747。在公司内部有关于他“拒不合作,有着一个猪脑袋”这样的讥讽面前,乔?萨特仍然秉承产品性能至上的理想,因为他知道,如果一旦做错了选择,那么他和团队倾注了无数心血的波音747在大载荷情况下将难以起飞,也不能以马赫数0.85的速度巡航,由于油耗过大,飞机的航程也无法达到要求。总之,他们将无法在波音747上实现向泛美以及其他航空公司所承诺的性能。

其他问题
回顾波音747项目,乔?萨特最大的感触是,自己不得不把许多精力花费在那些“非技术问题”的解决上。1967年夏秋之交,波音公司已经内外交困,订单减少导致现金流锐减,再加上诸多项目耗费巨量资金,波音公司成了连银行家们都感到胆寒的借贷大户,负债总额一度超过了公司净值。这种情况下,波音开始大举裁员以削减成本。而面对公司总裁作出,各部门均无条件执行的裁员决定,乔?萨特当着总裁和一帮高层的面表示,自己不仅不能裁员,还需要再增加800个人!最后的结果是,乔?萨特的波音747团队没有裁掉一个人。
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在减重战争中,乔?萨特保住了波音747的三开缝襟翼和4余度液压系统,这些都成为日后波音747良好安全记录的有力保障。

波音公司高层希望波音747能在1968年12月17日实施首飞,因为这一天恰逢莱特兄弟在北卡罗来纳州基蒂霍克完成首次飞行65周年。但乔?萨特清楚,保证这一工作节点是毫无可能的。他通知波音高层要做好飞机首飞推迟的准备,安排技术团队按部就班地完成既定工作,总之一个原则就是绝不在未做好充分准备的条件下进行首飞。最终,他没能保住那个纪念日节点,波音高层准备的纪念品都成了废物,但他保住了飞机的性能和质量。
在解决波音747研发过程中起飞重量不断攀升的问题上,乔?萨特也展示了不同凡响的风格。1965年项目开始时假定的起飞重量是55万磅,到1966年时这一数字已上升到65.5万磅,一年之后又再次增至68万磅,而且还在继续上升。为了让紧盯着重量不放的泛美松口,乔?萨特再一次当着波音大主顾的面说出了实话:“在飞机超出设计重量的部分中,有不止一半的重量是因为泛美不断提出设计更改而产生的。这不仅是我们的问题,也是你们的问题。”最终双方达成协议,把起飞重量调整为71万磅。为了控制这一指标不被突破,乔?萨特把减重指标分解到各个分系统,他甚至取消了一套照明系统,却坚决保住了波音747的三开缝襟翼——尽管不少专家认为把它改为双缝襟翼已经足够,同时能节约不少重量,但乔?萨特他知道,飞机的进近性能全仰仗它。投入运营后的波音747之所以能保持优良的安全记录,三开缝襟翼带来的优秀进近性能功不可没。
在《未了的传奇》一书中,乔?萨特把相当多的笔墨给了他团队中的那些性格各异的骨干技术人员,对于他本人在重大技术问题中的作用,反倒没有过多渲染。在整个波音747项目中,乔?萨特在处理各种非技术危机时,表现出的魄力显得更为重要,正如他自己所说:在航空航天领域,如果你没有面对困难的勇气——其中包括将一些不受欢迎的真相告诉大家并使大家接受这样的真相,那么你就无法成为一名首席工程师。
注:1磅=0.454千克;1英尺=0.3048米。
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